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以高溫氧化鋯[1]作固體電介質，在高溫下若電介質兩側氧濃度不同時，便形成氧濃差電池。濃差電池產生的電勢與兩側氧濃度有關，如一側氧濃度固定，即可通過測量濃差電勢來測量另一側的氧含量。通過爐外氧P1O1和爐內氧P2O2在氧化鋯兩側產生的一個氧電勢，及在被測氣氛的絕對溫度下根據能斯特公式：E=1/NF·RT·LnP1O1/P2O2(mv)表達式。
正常的滲碳氣體中，CO和H2的含量基本上是定值，如用丙烷或丁烷制備滲碳氣體，其中大致含24%CO和33%H2，爐氣中的CH4和O2對CO2和H2O的含量影響很大，當增加滲劑滴量或富化氣體通入量，使CH4的含量增加時，CO2和H2O會迅速減少，其反應是：
CH4+H2O=CO+3H2
CH4+CO2=2CO+2H2
當O2量增加時，爐氣中的CO2和H2O會迅速增多，其反應是
2H2+O2=2H2O
2CO+O2=2CO2
由此可知，只要控制爐氣中的CO2、H2O、CH4和CO2中的任何一種氣體的相對含量，也就能達到控制爐氣成分、調整碳勢的目的。根據上述原理，武漢華敏研究發現，低溫狀態也可以使用氧探頭，金屬材料在許多情況下要進行低溫保護氣氛熱處理，在球化退火工藝中，有一種是采用氮氣加丙烷，為了保持一定的爐壓，要通入適量的氮氣和丙烷常量，爐體上安裝武漢華敏低溫氧探頭，并在線測量爐內氣氛，精確控制爐內碳
